图书管理系统是一个典型的面向对象编程（OOP）实践项目，常用于教学和课程设计。它模拟图书馆对图书、读者、借阅记录等核心资源的增删改查（CRUD）管理。下面我将为你提供一个**轻量级、可运行、结构清晰、具备基本功能的 Python 图书管理系统实现**，采用面向对象设计，不依赖数据库（使用内存字典 + JSON 持久化），并附带详细解释。 --- ### ✅ 功能概览 - 图书管理：添加/删除/查询/修改图书（ISBN、书名、作者、分类、库存） - 读者管理：注册/注销/查询读者（读者ID、姓名、联系方式） - 借阅管理：借书、还书、查看某读者的借阅历史、查看某图书的借阅状态 - 数据持久化：启动时从 `library_data.json` 加载，退出时自动保存 - 命令行交互界面（简易 CLI） --- ### 🧩 完整可运行代码（Python 3.7+） ```python import json import os from datetime import datetime from typing import Dict, List, Optional, Any DATA_FILE = "library_data.json" class Book: def __init__(self, isbn: str, title: str, author: str, category: str, stock: int = 1): self.isbn = isbn.strip() self.title = title.strip() self.author = author.strip() self.category = category.strip() self.stock = max(0, stock) self._borrowed_count = 0 # 统计总借出次数（非实时状态） def to_dict(self) -> Dict[str, Any]: return { "isbn": self.isbn, "title": self.title, "author": self.author, "category": self.category, "stock": self.stock, "borrowed_count": self._borrowed_count, } @classmethod def from_dict(cls, data: Dict[str, Any]) -> 'Book': b = cls( isbn=data["isbn"], title=data["title"], author=data["author"], category=data["category"], stock=data["stock"] ) b._borrowed_count = data.get("borrowed_count", 0) return b def __str__(self) -> str: return f"[{self.isbn}]《{self.title}》— {self.author} ({self.category}) | 库存: {self.stock}" class Reader: def __init__(self, reader_id: str, name: str, contact: str): self.reader_id = reader_id.strip() self.name = name.strip() self.contact = contact.strip() def to_dict(self) -> Dict[str, Any]: return { "reader_id": self.reader_id, "name": self.name, "contact": self.contact, } @classmethod def from_dict(cls, data: Dict[str, Any]) -> 'Reader': return cls(data["reader_id"], data["name"], data["contact"]) def __str__(self) -> str: return f"读者[{self.reader_id}] {self.name} | {self.contact}" class BorrowRecord: def __init__(self, record_id: int, reader_id: str, isbn: str, borrow_time: str, return_time: Optional[str] = None): self.record_id = record_id self.reader_id = reader_id self.isbn = isbn self.borrow_time = borrow_time self.return_time = return_time # None 表示未归还 def to_dict(self) -> Dict[str, Any]: return { "record_id": self.record_id, "reader_id": self.reader_id, "isbn": self.isbn, "borrow_time": self.borrow_time, "return_time": self.return_time, } @classmethod def from_dict(cls, data: Dict[str, Any]) -> 'BorrowRecord': return cls( record_id=data["record_id"], reader_id=data["reader_id"], isbn=data["isbn"], borrow_time=data["borrow_time"], return_time=data.get("return_time") ) def is_returned(self) -> bool: return self.return_time is not None def __str__(self) -> str: status = "已归还" if self.is_returned() else "借阅中" return f"#{self.record_id} [{self.reader_id}] ← {self.isbn} | {self.borrow_time} → {self.return_time or '—'} ({status})" class LibrarySystem: def __init__(self): self.books: Dict[str, Book] = {} # isbn → Book self.readers: Dict[str, Reader] = {} # reader_id → Reader self.records: List[BorrowRecord] = [] # 所有借阅记录（含已还） self._next_record_id = 1 self._load_data() def _load_data(self): if os.path.exists(DATA_FILE): try: with open(DATA_FILE, "r", encoding="utf-8") as f: data = json.load(f) self.books = {isbn: Book.from_dict(d) for isbn, d in data.get("books", {}).items()} self.readers = {rid: Reader.from_dict(d) for rid, d in data.get("readers", {}).items()} self.records = [BorrowRecord.from_dict(r) for r in data.get("records", [])] self._next_record_id = data.get("next_record_id", 1) print(f"✅ 已加载 {len(self.books)} 本图书、{len(self.readers)} 位读者、{len(self.records)} 条借阅记录。") except Exception as e: print(f"⚠️ 数据加载失败，使用空系统：{e}") else: print("ℹ️ 首次运行，初始化空图书管理系统。") def _save_data(self): data = { "books": {isbn: b.to_dict() for isbn, b in self.books.items()}, "readers": {rid: r.to_dict() for rid, r in self.readers.items()}, "records": [r.to_dict() for r in self.records], "next_record_id": self._next_record_id, } try: with open(DATA_FILE, "w", encoding="utf-8") as f: json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2) except Exception as e: print(f"❌ 保存数据失败：{e}") # ————— 图书管理 ————— def add_book(self, isbn: str, title: str, author: str, category: str, stock: int = 1) -> bool: if not isbn or isbn in self.books: return False self.books[isbn] = Book(isbn, title, author, category, stock) return True def remove_book(self, isbn: str) -> bool: if isbn not in self.books: return False # 检查是否还有未归还的借阅 if any(r.isbn == isbn and not r.is_returned() for r in self.records): return False # 有未还书，禁止删除 del self.books[isbn] return True def find_book_by_isbn(self, isbn: str) -> Optional[Book]: return self.books.get(isbn) def search_books(self, keyword: str) -> List[Book]: kw = keyword.lower() return [ b for b in self.books.values() if kw in b.isbn.lower() or kw in b.title.lower() or kw in b.author.lower() or kw in b.category.lower() ] # ————— 读者管理 ————— def add_reader(self, reader_id: str, name: str, contact: str) -> bool: if not reader_id or reader_id in self.readers: return False self.readers[reader_id] = Reader(reader_id, name, contact) return True def remove_reader(self, reader_id: str) -> bool: if reader_id not in self.readers: return False # 检查该读者是否有未归还图书 if any(r.reader_id == reader_id and not r.is_returned() for r in self.records): return False del self.readers[reader_id] return True def find_reader(self, reader_id: str) -> Optional[Reader]: return self.readers.get(reader_id) # ————— 借阅管理 ————— def borrow_book(self, reader_id: str, isbn: str) -> str: # 返回提示信息 reader = self.find_reader(reader_id) if not reader: return "❌ 读者不存在。" book = self.find_book_by_isbn(isbn) if not book: return "❌ 图书不存在。" if book.stock <= 0: return "❌ 图书库存不足，无法借阅。" # 创建借阅记录 now = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M") record = BorrowRecord( record_id=self._next_record_id, reader_id=reader_id, isbn=isbn, borrow_time=now ) self.records.append(record) self._next_record_id += 1 # 更新库存与统计 book.stock -= 1 book._borrowed_count += 1 return f"✅ 借阅成功！记录 #{record.record_id} | {book.title}" def return_book(self, reader_id: str, isbn: str) -> str: # 查找该读者最近一次未归还的该书借阅记录（FIFO 简化） for r in reversed(self.records): if r.reader_id == reader_id and r.isbn == isbn and not r.is_returned(): r.return_time = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M") # 恢复库存 if isbn in self.books: self.books[isbn].stock += 1 return f"✅ 归还成功！记录 #{r.record_id}" return "❌ 未找到有效的借阅记录（可能已归还或不存在）。" def get_reader_history(self, reader_id: str) -> List[BorrowRecord]: return [r for r in self.records if r.reader_id == reader_id] def get_book_status(self, isbn: str) -> List[BorrowRecord]: return [r for r in self.records if r.isbn == isbn] # ————— 工具方法 ————— def list_all_books(self) -> List[Book]: return list(self.books.values()) def list_all_readers(self) -> List[Reader]: return list(self.readers.values()) def get_statistics(self) -> Dict[str, Any]: total_books = len(self.books) total_readers = len(self.readers) total_borrows = len(self.records) active_borrows = sum(1 for r in self.records if not r.is_returned()) return { "total_books": total_books, "total_readers": total_readers, "total_borrows": total_borrows, "active_borrows": active_borrows, } # ————— CLI 交互界面 ————— def main(): lib = LibrarySystem() print("📚 欢迎使用【简易图书管理系统】") print("=" * 40) while True: print("\n📖 主菜单：") print("1. 图书管理（添加/删除/查询）") print("2. 读者管理（注册/注销/查询）") print("3. 借阅管理（借书/还书/历史）") print("4. 系统统计与全部列表") print("0. 退出系统（自动保存）") choice = input("\n请选择操作 [0-4]：").strip() print() if choice == "0": lib._save_data() print("👋 已保存数据，再见！") break elif choice == "1": print("—— 图书管理 ——") print("a. 添加图书 b. 删除图书 c. 按ISBN查询 d. 关键词搜索 e. 查看全部") sub = input("请选择 [a-e]：").strip().lower() if sub == "a": isbn = input("ISBN：").strip() title = input("书名：").strip() author = input("作者：").strip() cat = input("分类：").strip() stock = int(input("库存（默认1）：") or "1") if lib.add_book(isbn, title, author, cat, stock): print("✅ 图书添加成功。") else: print("❌ ISBN重复或输入无效。") elif sub == "b": isbn = input("请输入要删除的ISBN：").strip() if lib.remove_book(isbn): print("✅ 图书删除成功。") else: print("❌ 删除失败（图书不存在 或 有未归还记录）。") elif sub == "c": isbn = input("ISBN：").strip() b = lib.find_book_by_isbn(isbn) print(b if b else "❌ 未找到该图书。") elif sub == "d": kw = input("关键词（书名/作者/ISBN/分类）：").strip() results = lib.search_books(kw) if results: print(f"🔍 找到 {len(results)} 本相关图书：") for b in results: print(f" {b}") else: print("❌ 未匹配到图书。") elif sub == "e": books = lib.list_all_books() if books: print(f"📋 共 {len(books)} 本图书：") for b in books: print(f" {b}") else: print("📭 图书馆暂无藏书。") elif choice == "2": print("—— 读者管理 ——") print("a. 注册读者 b. 注销读者 c. 按ID查询 d. 查看全部") sub = input("请选择 [a-d]：").strip().lower() if sub == "a": rid = input("读者ID：").strip() name = input("姓名：").strip() cont = input("联系方式：").strip() if lib.add_reader(rid, name, cont): print("✅ 读者注册成功。") else: print("❌ ID重复或输入无效。") elif sub == "b": rid = input("请输入要注销的读者ID：").strip() if lib.remove_reader(rid): print("✅ 读者注销成功。") else: print("❌ 注销失败（读者不存在 或 有未归还图书）。") elif sub == "c": rid = input("读者ID：").strip() r = lib.find_reader(rid) print(r if r else "❌ 未找到该读者。") elif sub == "d": readers = lib.list_all_readers() if readers: print(f"👥 共 {len(readers)} 位读者：") for r in readers: print(f" {r}") else: print("📭 暂无注册读者。") elif choice == "3": print("—— 借阅管理 ——") print("a. 借书 b. 还书 c. 查看读者借阅历史 d. 查看图书借阅状态") sub = input("请选择 [a-d]：").strip().lower() if sub == "a": rid = input("读者ID：").strip() isbn = input("ISBN：").strip() print(lib.borrow_book(rid, isbn)) elif sub == "b": rid = input("读者ID：").strip() isbn = input("ISBN：").strip() print(lib.return_book(rid, isbn)) elif sub == "c": rid = input("读者ID：").strip() hist = lib.get_reader_history(rid) if hist: print(f"📖 {rid} 的借阅历史（共{len(hist)}条）：") for r in hist: print(f" {r}") else: print("📭 该读者暂无借阅记录。") elif sub == "d": isbn = input("ISBN：").strip() status = lib.get_book_status(isbn) if status: print(f"📊 图书《{lib.find_book_by_isbn(isbn).title if lib.find_book_by_isbn(isbn) else '未知'}》借阅状态（共{len(status)}条）：") for r in status: print(f" {r}") else: print("📭 该图书暂无借阅记录。") elif choice == "4": stats = lib.get_statistics() print("📈 系统统计：") print(f" 📚 总图书数：{stats['total_books']}") print(f" 👥 总读者数：{stats['total_readers']}") print(f" 📖 总借阅数：{stats['total_borrows']}") print(f" ⏳ 当前借出：{stats['active_borrows']} 本") print("\n📋 全部图书（简略）：") for b in lib.list_all_books()[:10]: print(f" {b}") if len(lib.list_all_books()) > 10: print(f" ... 还有 {len(lib.list_all_books()) - 10} 本") else: print("❗ 无效选项，请重试。") if __name__ == "__main__": main() ``` --- ### 🔍 解释说明 #### ✅ 设计亮点： - **模块化类结构**：`Book`、`Reader`、`BorrowRecord` 各自封装属性与序列化逻辑，符合单一职责原则。 - **内存 + 持久化双模**：使用 `json` 文件实现轻量级持久化，避免引入 SQLite/MySQL 等外部依赖，适合教学与原型开发。 - **业务约束严谨**： - 删除图书/读者前检查“是否存在未归还记录”，防止数据不一致； - 借书时校验库存，还书时自动恢复库存； - `BorrowRecord` 明确区分 `borrow_time` 和 `return_time`，支持状态判断。 - **CLI 友好交互**：分层菜单、输入提示、中文反馈，降低使用门槛。 - **健壮性处理**：异常捕获、空值防御、输入清洗（`.strip()`）、库存下限保护（`max(0, stock)`）。 #### ⚠️ 注意事项（常见问题原因）： - 若运行时报 `JSONDecodeError`，说明 `library_data.json` 文件损坏 → 可手动删除该文件重启。 - 不支持并发访问（单线程 CLI），如需 Web 版本需升级为 Flask/Django + 数据库事务。 - 当前未做输入格式校验（如 ISBN 标准化），进阶可集成 `isbnlib` 库。 #### 📈 可扩展方向（进阶建议）： - 添加图书封面图片路径字段 & 简单文件存储； - 支持按分类/作者/借阅次数排序展示； - 导出报表为 CSV / Excel（用 `pandas`）； - 增加管理员登录认证（用户名密码哈希）； - 封装为 Web API（FastAPI）供前端调用。 ---